НАУКИ О ЗЕМЛЕ. Общая и региональная геология, петрология и вулканология
Широко распространенные на Северо-Востоке России верхнепермские доотоцерасовые отложения содержат богатые комплексы морских беспозвоночных (брахиоподы, двустворки и фораминиферы), но аммоноидеями не охарактеризованы. Единственная находка позднепермских аммоноидей известна лишь в Южном Верхоянье, где в пятидесятых годах прошлого века в аллювиальных или делювиальных отложениях была обнаружена раковина циклолобид, позднее описанная в качестве голотипа типового вида Paramexicoceras aldanense Popow, 1970. Стратиграфическая привязка у этого гониатита отсутствовала, а за более чем полувековой период поисков повторить находку исследователям не удавалось. Высказывались различные предположения о стратиграфическом положении южноверхоянского парамексикоцераса, а также обсуждалась его синхронность или асинхронность с представителями рода Paramexicoceras, обнаруженными в чансинском ярусе Восточной Гренландии. Большинство исследователей сходились во мнении, что южноверхоянский Paramexicoceras происходит из имтачанской свиты, однако новые данные, приведенные в настоящей статье, эти предположения опровергают. В нижней части некучанской свиты бассейна р. Дыбы обнаружено скопление раковин Paramexicoceras aldanense. Находка приходится на чансинский ярус, что по геологическому возрасту приблизительно соответствует уровню распространения гренландских парамексикоцерасов. Все известные в Аллах-Юньской структурно-фациальной зоне отоцерасы встречены выше пласта с Paramexicoceras, поэтому вмещающие чансинских циклолобид отложения обособлены в слои с Paramexicoceras aldanense, которые подстилают зону Otoceras concavum. Несмотря на чансинский возраст, инвазия парамексикоцерасов исторически связана с инициальной фазой раннетриасового седиментационного этапа в развитии Верхоянского бассейна. Гониатиты рода Paramexicoceras и ранние представители цератитов рода Otoceras, вероятно, относились к единому теплолюбивому аммоноидному сообществу, проникавшему в Южно-Верхоянскую акваторию в начале некучанского времени.
Приведены результаты петрохимических и геохимических исследований кимберлитов трубок Хомпу-Майского поля (Центральная Якутия) и сравнение их микроэлементного состава с аналогами кимберлитовых провинций Якутской (Россия) и Кимберли (ЮАР). Представлены петрографический состав и результаты постмагматической карбонатизации кимберлитов трубок Манчары, им. А.П. Смелова и Дабан. В обобщенной модели верхней части трубок выделены три условных горизонта: нижний, сложенный наименее измененными порода ми; средний, кимберлитовые породы которого фрагментированы в результате процессов карбонатизации; верхний, выполненный интенсивно карбонатизированными породами с утраченными текстурно-структурными признаками. Полученные данные химического и микроэлементного составов пород трубок Хомпу-Майского поля отражают их вещественную специфику, предполагающую схожие условия формирования кимберлитов Центральной Якутии и Южной Африки.
Проведенное обобщение данных по химическому составу долеритов Вилюйско-Мархинского дайкового пояса (Вилюйский палеорифт) позволило выделить среди них геохимически аномальные участки по содержанию титана. Установлено, что в долеритах даек, ассоциирующих с кимберлитовыми трубками, в два раза увеличивается количество TiO2 и ряда высокозарядных и редкоземельных элементов (Th, Ta, Hf, Y, Nb, REE.). Оказалось, что подобное поведение элементов наблюдается и в долеритах даек, находящихся вблизи кимберлитов Куойкского поля (Молодинский дайковый пояс, Оленекский палеорифт). Делается вывод о парагенетической связи между увеличением содержания титана и редкоземельных элементов в долеритах и кимберлитами. Предполагается, что протокимберлиты опосредованно оказывали влияние на толеитовый расплав в момент его выплавления, что приводило к локальному обогащению толеитового расплава тугоплавкими компонентами. Слабо проявленные процессы геохимического выравнивания между высокотитанистыми и обычными базитами обеспечили локальность распространения первых. Внедрившиеся вслед за базитами кимберлиты располагались вблизи даек высокотитанистых долеритов, которые можно использовать как один из поисковых критериев на кимберлиты. Учитывая сказанное, в пределах Вилюйско-Мархинского дайкового пояса выделено два новых участка: Тенкеляхский и Кюлянкинский, перпективные на открытие в их пределах новых кимберлитов.
Работа посвящена геохимическим исследованиям органического вещества пород по разрезу верхней юры ИлиньТасского антиклинория по естественным обнажениям и керновому материалу из зоны форланда, где верхнеюрские отложения надвинуты на меловые. В отличие от меловых и кайнозойских отложений для юрских отсутствуют материалы по органической геохимии, позволяющие оценить их нефтематеринский потенциал. Результаты геохимических исследований юрских пород аллохтона (форланда) дадут возможность прогноза материнских свойств в области автохтона под меловыми отложениями внутренней части краевого прогиба. Новые данные по составу и химической структуре битумоидов показали, что исходное органическое вещество характеризуется смешанной природой с преобладанием планктоногенного материала, способного генерировать большие количества жидких углеводородов. Преимущественно алифатический состав углеводородной части битумоидов обусловлен главным образом аквагенной природой исходного материала, на что указывают данные хромато-массспектрометрии по распределению насыщенных углеводородов. Вместе с тем сдвиг максимума н-алканов в высокомолекулярную область,заметное присутствие полиаренов и ароматический характер углеродного скелета смол и асфальтенов обусловлены примесью углефицированных остатков. В целом полученные результаты показали, что геохимические особенности органического вещества верхнеюрских отложений Индигиро-Зырянского бассейна позволяют их оценивать как нефтематеринские. Присутствие аллохтонных битумоидов свидетельствует о миграционных процессах, происходивших внутри юрской толщи. Это позволяет считать, что на Алазейском поднятии в области выклинивания юрских пород можно ожидать нефтяные скопления.
НАУКИ О ЗЕМЛЕ. Обогащение полезных ископаемых
Испытан центробежно-вибрационный концентратор конструкции Института горного дела Севера СО РАН, разработанный на основе ранее проведенных исследований. Отличие данного концентратора от существующих аналогов заключается в том, что его рабочий орган совершает вибрационные колебания, направленные вдоль оси своего вращения. Результаты испытаний показали высокую степень влияния частоты вибрационных колебаний на извлечение тяжелых минералов, что явилось основой разработки новой конструкции центробежного концентратора. Новая конструкция имеет возможность управления параметрами вибрационных колебаний, что позволяет активно использовать новый эффективный механизм сегрегации (улавливания) тяжелых компонентов. Достигнут наилучший уровень извлечения тяжелых минералов до 63,9 % при частоте колебательных воздействий 22 Гц и амплитуде 2 мм при разделении искусственной смеси, состоящей из речного песка и магнетита крупностью 0,5 мм. Определено, что накопленная постель тяжелых минералов в рабочем органе центробежно-вибрационного концентратора переходит в активное разрыхленное состояние при амплитуде колебаний более 1,5 мм. В случае переработки естественных минеральных комплексов возможны экспериментальный подбор и обоснование наиболее рациональных режимных условий разделени.
НАУКИ О ЗЕМЛЕ. Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение
Представлены результаты инженерно-геокриологических исследований криолитозоны в естественных условиях и при освоении региона. Количественно оценено влияние снежного, растительного и напочвенного покровов на формирование теплового режима грунтов слоя годовых теплооборотов. На основе математического моделирования охарактеризовано влияние техногенных воздействий на тепловой режим грунтов. Приведены результаты прогноза изменения термического состояния грунтов при освоении территории северной тайги, лесотундры и южной тундры. Предложены основные задачи геотемпературного мониторинга при организации стационаров и полигонов в осваиваемых районах региона.
ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ. Экология
Проблема изучения последствий промышленной добычи полезных ископаемых для объектов окружающей среды была поставлена только в середине ХХ века. За последние десятилетия число публикаций по теме в мире возросло более чем в 10 раз. Можно выделить два основных направления исследований: прикладное – оценка результатов рекультивационных мероприятий и теоретическое – изучение первичного почвообразования. На основе обзора публикаций, индексированных в БД WoS за 1997–2021 гг., выделены основные методические подходы в разработке проблемы. Наиболее широко исследователи используют физико-химические показатели почв; биологические критерии обычно изучают в комплексе с физическими и химическими. Метод хронорядов признан наиболее информативным в изучении динамики техногенных объектов. Однако из 1440 экосистем, описанных в 700 публикациях, 32 % объектов имели возраст менее 5 лет, 75 % – до 20 лет, 3–4 % – старше 40 лет. В последние годы обсуждается проблема создания моделей почвообразования на техногенных объектах. В Якутии к проблеме обратились в 1992 г. с организацией Института прикладной экологии Севера АН РС (Я). В статье на основе обзора публикаций за 1980–2022 гг. проанализированы итоги изучения физикохимических, биологических свойств, особенностей классификации техногенно нарушенных почв (ТНП) на территории Республики Саха (Якутия). В результате наблюдений во всех почвенно-климатических зонах республики к данному моменту составлено представление о степени информативности разных методических подходов для диагностики состояния ТНП в условиях криолитозоны: опробованы экологические индикаторы от ландшафтного до цитокинетического уровня. В заключении обсуждаются перспективы дальнейших исследований по проблеме.
Изучено распределение дендро- и тамнобионтной симфитофауны по геоботаническим округам среднетаежной подзоны Якутии, проведены кластерный анализ сходства симфитофаун геоботанических округов, анализ биотопического распределения дендро- и тамнобионтной симфитофауны по основным типам лесных формаций. Пилильщики в Якутии играют важную роль в биоценозах и по плотности популяции и численности видов занимают ведущие места среди насекомых-фитофагов. Многие из них наносят вред деревьям и кустарникам, наиболее опасны из них звездчатый пилильщик-ткач (Acantholyda posticalis (Matsumura, 1912)) и сосновый пилильщик (Diprion pini (Linnaeus, 1758)). В работе использовались материалы, собранные автором в 2001–2019 гг. в Центральной, Западной и Южной Якутии, также были привлечены материалы коллекции пилильщиков Института биологических проблем криолитозоны СО РАН. В лесах среднетаежной подзоны Якутии выявлено 176 видов дендро- и тамнобионтных пилильщиков из 34 родов и 6 семейств. Результаты анализа симфитофауны по геоботаническим округам показали, что наиболее богатым в видовом отношении оказался Лено-Амгинский геоботанический округ, самым бедным – Вилюйский. По результатам кластерного анализа сходства наибольшее сходство показали симфитофауны Лено-Амгинского и Среднеленского округов. Наибольшее видовое разнообразие тамно- и дендробионтной симфитофауны по итогам биотопического распределения отмечено в лиственничниках, наименьшее – в сосняках.
Проведен ретроспективный анализ гидрохимического режима наиболее крупных озер г. Якутск (Белое, Хатынг-Юрях, Ытык-Кюель, Сергелях, Сайсары) на основе созданной базы данных, охватывающей период с 1985 по 2021 г. Изучаемые озера преимущественно гидрокарбонатно-натриевые с повышенной минерализацией и умеренно-жесткой водой. В суммарный объем катионов основной вклад вносят Na+ и Ca2+, анионов – HCO3 – и Cl– . Прослеживается снижение минерализации с невысокой достоверностью аппроксимации. Вариации значений жесткости воды напрямую зависят от содержания катионов Ca2+ и Mg2+ и гидрокарбонатов. Среднее содержание взвешенных веществ значительно выше существующих ПДКкб, изменение концентраций в каждом озере носит индивидуальный характер, наиболее высокая обнаружена в озерах Белое, Сайсары и Хатынг-Юрях. Наиболее значимыми факторами в формировании гидрохимического режима являются минерализация и жесткость воды. Установленные закономерности характерны в целом для всей выборки, что отражает специфику формирования гидрохимического режима городских озер. Микроэлементный состав характеризуется повышением концентраций Zn и Cu.
Проведены сравнительные исследования морфометрических параметров ископаемых и современных серых волков (Canis Lupus L., 1758) с северо-востока Якутии. Ископаемые остатки волка собраны в Абыйском и Колымском районах Республики Саха (Якутия). Возраст ископаемых находок датируется поздним неоплейстоценом. Проведено сравнение пропорций черепа и состояния зубной системы древних и современных волков. Отмечается, что ископаемый волк был в среднем немного меньших размеров, чем современный арктический тундровый волк, в то время как зубная система ископаемых волков имела более мощные премолярные ряды, отвечающие за разрезание мяса и разгрызание костей. Высота затылочных костей у неоплейстоценовых волков также свидетельствует о более мощном развитии шейной и жевательной мускулатуры. Эти признаки могут свидетельствовать о том, что волки в неоплейстоценовых экосистемах могли занимать преимущественно роль падальщиков.
Вся территория Республики Саха (Якутия) находится в зоне экстремальных климатических факторов, климат суровый и континентальный. На Севере процессы самовосстановления и самоочищения природных ландшафтов протекают очень медленно. В водных и наземных экосистемах снижены скорости биологических и химических преобразований, что приводит к значительному накоплению в них химических компонентов антропогенного происхождения [11]. Неблагоприятные воздействия среды обитания до конца 20 в. были мало изучены. В научных трудах В.В. Ковальского, Н.А. Агаджаняна, А.В. Скального и других авторов имеются многочисленные подтверждения взаимосвязи между химической гетерогенностью биосферы и возникновением в организме различных изменений и даже болезней. Биогеохимические факторы (микроэлементы почвы, воды, воздуха, продукты биотического и абиотического происхождения, промышленные и сельскохозяйственные отходы) оказывают существенное влияние на жизнедеятельность и функциональные резервы организма человека. По трактовке ВОЗ здоровье населения на 50 % определяется образом жизни, на 20 – наследственностью, на 20 – неблагоприятным воздействием среды обитания и на 10 % – качеством медико-санитарной помощи. Отсюда возник наш научный интерес к исследованиям микроэлементного статуса в биосредах (волосы, кровь) жителей Республики Саха (Якутия), проживающих в бассейнах рек Вилюй и Марха.
ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ. Биологические ресурсы
Проведено исследование годовой динамики накопления метаболитов в хвое обыкновенной сосны (Pinus sylvestris L.), произрастающей на территории Центральной Якутии. Установлено, что в хвое сосны содержатся ценные биоактивные вещества, эффективные при профилактике и купировании нарушений обмена веществ, возникающих при сахарном диабете 2-го типа и при формировании других метаболических нарушений, связанных с гиперхолестеринемией, а также вещества криопротекторного действия. Показано, что наибольшие содержания антиоксидантов, таких как галловая, бензойная, аминомасляная кислота, наблюдаются осенью, также в этот период возрастает содержание полиолов, аминокислот и углеводов. На основании полученных данных выдвинуто предположение о том, что в целях создания биопрепаратов, нормализующих углеводный обмен, а также защищающих кожные покровы от действия низких температур, рационально использовать в качестве сырья хвою P. sylvestris, отобранную осенью.
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) представляют большой интерес из-за термической стабильности, высокой химической, коррозионной стойкости и отличных антифрикционных свойств. В работе приведены результаты исследования влияния углеродных волокон (УВ) совместно с дисульфидом молибдена (MoS2) с ультразвуковой обработкой на физико-механические и триботехнические свойства, а также на структуру ПТФЭ. Полимерные композиционные материалы получены по известной технологии переработки ПТФЭ: метод холодного прессования и спекания. Выявлено, что ультразвуковая обработка MoS2 – более эффективный способ активации наполнителя по сравнению с механоактивацией. Результаты физико-механических исследований показали, что прочностные свойства при растяжении ПКМ остаются на уровне ненаполненного ПТФЭ, напряжение при сжатии увеличилось на 75 %, а твердость повысилась на 48 % по сравнению с исходным полимером. Структурными исследованиями показано достаточно равномерное распределение волокон в объеме полимера и изотропное армирование материала. Степень кристалличности ПКМ повысилась на 9–11 % относительно исходного полимера. Разработанные композиционные материалы характеризуются низкой скоростью массового изнашивания композитов и низким значением коэффициента трения. Микроскопическими исследованиями поверхности трения ПКМ выявлено, что УВ и MoS2 локализуются на поверхности трения и защищают материал от изнашивания. Разработанные материалы могут быть предложены в качестве деталей в узлах трения, где ограничено применение смазочных масел или его использование недопустимо.
Представлены результаты исследования свойств и структуры сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) в зависимости от марок и молекулярной массы. Проведено сравнение марок СВМПЭ 510 и 517, синтезированных в Институте катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, и GUR марок 4022, 4130 и 4150 фирмы «Celanese» (Германия и Китай). Порошки перерабатывались по технологии горячего прессования в вулканизационном прессе в соответствии с ГОСТ 16337-77 с получением образцов для исследований. Изучение структуры полимеров проведено методами рентгеноструктурного анализа и сканирующей электронной микроскопии. Результаты исследования морфологии порошков свидетельствуют, что порошки СВМПЭ состоят из кластеров более мелких субчастиц, связанных между собой фибриллами полимера. В то же время надмолекулярная структура СВМПЭ характеризуется формированием сферолитов, размеры которых уменьшаются с увеличением молекулярной массы. Рентгенограммы СВМПЭ показывают, что с увеличением молекулярной массы формируется более дефектная структура. Данное явление подтверждается методом дифференциально-сканирующей калориметрии. Выявлено уменьшение значений энтальпии плавления и степени кристалличности с увеличением молекулярной массы. Установлено, что значения степени кристалличности и плотности у СВМПЭ марки 517 российского производства сопоставимы с иностранными марками. При этом по физико-механическим и трибологическим параметрам данная марка не уступает иностранным аналогам: зарегистрированы повышение прочности при растяжении, которое достигает 45 МПа, и низкое значение скорости массового изнашивания, равное 0,07 мг/ч.
ISSN 2686-9683 (Online)